JPWO2018034007A1

JPWO2018034007A1 - Power converter

Info

Publication number: JPWO2018034007A1
Application number: JP2018534258A
Authority: JP
Inventors: 光生松井
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2016-08-19
Filing date: 2016-08-19
Publication date: 2018-11-22
Anticipated expiration: 2036-08-19
Also published as: CN109643958A; DE112016007157T5; JP6710281B2; CN109643958B; WO2018034007A1

Abstract

電力変換装置は、ダイオード整流器２と、交流／直流変換する昇降圧コンバータ３と、第１〜第３のアームの直列接続点６１〜６３から電動機７に駆動電流を供給するインバータ６とを備え、昇降圧コンバータ３は、ダイオード整流器２の正極側に接続されたコンバータスイッチング素子３ａと、アノードがインバータ６の各アームの負極側とダイオード整流器２の負極側に接続され、カソードがコンバータスイッチング素子３ａに接続されたコンバータパッシブ素子３ｂと、インバータ６の第１のアームと、第１のアームの直列接続点６１とコンバータパッシブ素子３ｂのカソードとの間に接続された直流リアクトル４とから構成され、インバータ６の第１のアームは昇降圧コンバータ３と共有されている。The power converter includes a diode rectifier 2, a step-up / down converter 3 that performs AC / DC conversion, and an inverter 6 that supplies a drive current to the electric motor 7 from the series connection points 61 to 63 of the first to third arms. The buck-boost converter 3 has a converter switching element 3a connected to the positive side of the diode rectifier 2, an anode connected to the negative side of each arm of the inverter 6 and the negative side of the diode rectifier 2, and a cathode connected to the converter switching element 3a. The converter passive element 3b connected, the first arm of the inverter 6, the DC reactor 4 connected between the series connection point 61 of the first arm and the cathode of the converter passive element 3b, and the inverter The first arm 6 is shared with the buck-boost converter 3.

Description

この発明は電力変換装置に関し、特に、高調波抑制機能が付加された電力変換装置に関する。 The present invention relates to a power converter, and more particularly to a power converter to which a harmonic suppression function is added.

近年、電気機器の普及に伴い、高調波電流量が増加し、電力系統の品質の低下が問題となっている。そのため、各系統に接続される電気機器は、高調波発生量に制限が設けられている。それを受けて、各電気機器において、リアクトル及びアクティブ素子などを利用した高調波対策の方法が提案されている。 In recent years, with the widespread use of electrical equipment, the amount of harmonic current has increased, and deterioration of power system quality has become a problem. Therefore, the electric equipment connected to each system is limited in the amount of harmonic generation. In response to this, a harmonic countermeasure method using a reactor, an active element, and the like has been proposed in each electric device.

電力系統側への従来の高調波対策としては、主に、下記の２つの方法がある。 There are mainly the following two methods for dealing with harmonics on the power system side.

第１の方法は、電源側に三相交流用のリアクトルを設置する方法である（例えば、例えば、特許文献１参照）。 The first method is a method of installing a three-phase AC reactor on the power supply side (see, for example, Patent Document 1).

第２の方法は、電力変換装置の前段の整流器を、ダイオード整流器ではなく、ＰＷＭ整流器から構成する方法である。但し、この場合においても、第１の方法のように、電源側に三相交流用のリアクトルを設置する必要がある。 The second method is a method in which the rectifier in the previous stage of the power conversion device is configured from a PWM rectifier instead of a diode rectifier. However, even in this case, it is necessary to install a three-phase AC reactor on the power supply side as in the first method.

特許文献１に記載の電力変換装置は、電源供給源に接続されたコンバータ回路と、平滑用コンデンサを介してコンバータ回路に接続され、駆動対象の電動機を駆動するインバータ回路とを備えている。特許文献１に記載の電力変換装置においては、電源供給源とコンバータ回路との間に、三相分の交流用リアクトルが接続されている。 The power conversion device described in Patent Literature 1 includes a converter circuit connected to a power supply source and an inverter circuit connected to the converter circuit via a smoothing capacitor and driving a motor to be driven. In the power converter described in Patent Literature 1, an AC reactor for three phases is connected between a power supply source and a converter circuit.

特開２０１０−１７２１５２号公報JP 2010-172152 A

上述した第１及び第２の方法においては、いずれの方法の場合においても、三相分の交流用リアクトルが必要であり、それによって、電力変換装置の実装体積が大型化するという課題があった。 In any of the above-described first and second methods, a three-phase AC reactor is required, which increases the mounting volume of the power conversion device. .

この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、簡易な構成で、高調波を抑制しながら、小型化を図ることが可能な、電力変換装置を得ることを目的としている。 This invention is made | formed in order to solve this subject, and it aims at obtaining the power converter device which can aim at size reduction with a simple structure, suppressing a harmonic.

この発明は、第１のダイオードから構成され、入力される交流電力を整流するダイオード整流器と、前記ダイオード整流器で整流された前記交流電力を直流電力に変換するコンバータと、直列接続された第１の半導体スイッチング素子から構成されたアームを１以上有し、前記コンバータから入力される前記直流電力を用いて、駆動対象機器に対して、各前記アームの前記第１の半導体スイッチング素子の直列接続点から駆動電流を供給するインバータと、を備え、前記コンバータは、前記ダイオード整流器の出力の正極側に一端が接続された第２の半導体スイッチング素子と、アノードが前記インバータの各前記アームの負極側に接続されるとともに前記ダイオード整流器の出力の負極側に接続され、カソードが前記第２の半導体スイッチング素子の他端に接続された第２のダイオードと、前記インバータの前記１以上のアームのうちの１つのアームと、前記１つのアームの前記第１の半導体スイッチング素子の前記直列接続点と前記第２のダイオードの前記カソードとの間に接続された直流リアクトルとから構成され、前記インバータの前記１つのアームは、前記インバータと前記コンバータとで共有されている、電力変換装置である。 The present invention comprises a first diode, a diode rectifier that rectifies input AC power, a converter that converts the AC power rectified by the diode rectifier into DC power, and a first connected in series. From the series connection point of the first semiconductor switching element of each of the arms to the device to be driven using the DC power input from the converter, having one or more arms composed of semiconductor switching elements An inverter for supplying a drive current, wherein the converter has a second semiconductor switching element having one end connected to the positive electrode side of the output of the diode rectifier, and an anode connected to the negative electrode side of each arm of the inverter And connected to the negative side of the output of the diode rectifier, the cathode being the second semiconductor switch A second diode connected to the other end of the switching element; one arm of the one or more arms of the inverter; the series connection point of the first semiconductor switching element of the one arm; The inverter is a power converter that includes a DC reactor connected to the cathode of a second diode, and the one arm of the inverter is shared by the inverter and the converter.

この発明に係る電力変換装置によれば、ダイオード整流器とコンバータとでチョッパ回路を構成したので、簡易な構成で高調波対策が可能であり、また、従来用いていた３相分の交流リアクトルを１つの直流リアクトルに置き換えられたため、電力変換装置の小型化が図れる。 According to the power conversion device of the present invention, since the chopper circuit is configured by the diode rectifier and the converter, it is possible to take measures against harmonics with a simple configuration, and the conventional AC reactor for three phases is used. Since it was replaced with two DC reactors, the power converter can be downsized.

この発明の実施の形態1に係る電力変換装置の構成を示した構成図である。1 is a configuration diagram showing a configuration of a power conversion device according to a first embodiment of the present invention. この発明の実施の形態1に係る電力変換装置の電圧および電流の波形図である。FIG. 3 is a waveform diagram of voltage and current of the power conversion device according to embodiment 1 of the present invention.

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る電力変換装置の構成を示した構成図である。図１に示すように、電力変換装置は、三相ダイオード整流器２と、昇降圧コンバータ３と、ローパスフィルタ（ＬＰＦ：Low-Pass Filter）５と、三相電圧型インバータ６とを備えている。Embodiment 1 FIG.
1 is a configuration diagram showing a configuration of a power conversion device according to Embodiment 1 of the present invention. As shown in FIG. 1, the power conversion device includes a three-phase diode rectifier 2, a buck-boost converter 3, a low-pass filter (LPF) 5, and a three-phase voltage type inverter 6.

図１に示すように、電力変換装置は、系統電源１に接続されている。系統電源１は、商用電源、すなわち、三相交流電源から構成されている。電力変換装置は、系統電源１からの商用三相交流電力を、電動機７が要求する三相交流電力に変換することで、電動機７を駆動する。ここでは、電力変換装置の駆動対象を、電動機７として説明する。 As shown in FIG. 1, the power conversion device is connected to a system power supply 1. The system power source 1 is composed of a commercial power source, that is, a three-phase AC power source. The power conversion device drives the motor 7 by converting commercial three-phase AC power from the system power supply 1 into three-phase AC power required by the motor 7. Here, the drive object of a power converter device is demonstrated as the electric motor 7. FIG.

系統電源１には、三相ダイオード整流器２が接続されている。三相ダイオード整流器２は、系統電源１からの交流電力を全波整流する。三相ダイオード整流器２は、６個の整流ダイオード２ａ〜２ｆをブリッジ接続して構成されている。すなわち、図１に示すように、三相ダイオード整流器２は、３対の整流ダイオード（２ａ，２ｂ）、（２ｃ，２ｄ）、（２ｅ，２ｆ）を有し、各対を構成する２つの整流ダイオードが直列に接続されている。また、各対の直列接続点２１，２２，２３に、系統電源１の各相Ｒ，Ｓ，Ｔが接続されている。 A three-phase diode rectifier 2 is connected to the system power supply 1. The three-phase diode rectifier 2 performs full-wave rectification on the AC power from the system power supply 1. The three-phase diode rectifier 2 is configured by bridge-connecting six rectifier diodes 2a to 2f. That is, as shown in FIG. 1, the three-phase diode rectifier 2 has three pairs of rectifier diodes (2a, 2b), (2c, 2d), (2e, 2f), and two rectifiers constituting each pair. Diodes are connected in series. Each phase R, S, T of the system power supply 1 is connected to each pair of series connection points 21, 22, 23.

一方、三相電圧型インバータ６は、電動機７に接続されている。三相電圧型インバータ６は、６個の半導体スイッチング素子６ａ〜６ｆ（以下、インバータスイッチング素子６ａ〜６ｆとする。）と、平滑コンデンサ８とから構成されている。インバータスイッチング素子６ａ，６ｃ，６ｅは上側に設けられ、インバータスイッチング素子６ｂ，６ｄ，６ｆは下側に設けられている。また、インバータスイッチング素子６ａ，６ｂが直列接続されて、第１のアームが構成されている。同様に、インバータスイッチング素子６ｃ，６ｄが直列接続されて、第２のアームが構成されている。また、同様に、インバータスイッチング素子６ｅ，６ｆが直列接続されて、第３のアームが構成されている。これらの３つのアームは、並列に接続されている。また、第１〜第３のアームの直列接続点６１〜６３から、電動機７に駆動電流が供給される。なお、第１のアーム、第２のアーム、第３のアームは、それぞれ、電動機７のＵ相、Ｖ相、Ｗ相に対応している。平滑コンデンサ８の一端は、各アームの正極側に接続され、平滑コンデンサ８の他端は、各アームの負極側に接続されている。また、第１〜第３のアームは、１個の半導体スイッチモジュールで形成するようにしてもよい。 On the other hand, the three-phase voltage type inverter 6 is connected to the electric motor 7. The three-phase voltage type inverter 6 includes six semiconductor switching elements 6 a to 6 f (hereinafter referred to as inverter switching elements 6 a to 6 f) and a smoothing capacitor 8. The inverter switching elements 6a, 6c, 6e are provided on the upper side, and the inverter switching elements 6b, 6d, 6f are provided on the lower side. Inverter switching elements 6a and 6b are connected in series to form a first arm. Similarly, inverter switching elements 6c and 6d are connected in series to form a second arm. Similarly, inverter switching elements 6e and 6f are connected in series to constitute a third arm. These three arms are connected in parallel. A drive current is supplied to the electric motor 7 from the series connection points 61 to 63 of the first to third arms. The first arm, the second arm, and the third arm correspond to the U-phase, V-phase, and W-phase of the electric motor 7, respectively. One end of the smoothing capacitor 8 is connected to the positive side of each arm, and the other end of the smoothing capacitor 8 is connected to the negative side of each arm. Moreover, you may make it form the 1st-3rd arm with one semiconductor switch module.

昇降圧コンバータ３は、ローパスフィルタ５を介して、三相ダイオード整流器２に接続されている。昇降圧コンバータ３は、三相ダイオード整流器２で整流された三相交流電力を直流電力に変換する。また、昇降圧コンバータ３は、三相ダイオード整流器２から入力された交流電圧を昇降圧させる。昇降圧コンバータ３は、図１に示すように、コンバータスイッチング素子３ａと、コンバータパッシブ素子３ｂと、直流リアクトル（ＤＣＬ）４と、平滑コンデンサ８と、第１のアームのインバータスイッチング素子６ａ，６ｂとから構成されている。 The step-up / down converter 3 is connected to the three-phase diode rectifier 2 through a low-pass filter 5. The step-up / down converter 3 converts the three-phase AC power rectified by the three-phase diode rectifier 2 into DC power. The step-up / step-down converter 3 steps up / down the AC voltage input from the three-phase diode rectifier 2. As shown in FIG. 1, the buck-boost converter 3 includes a converter switching element 3a, a converter passive element 3b, a DC reactor (DCL) 4, a smoothing capacitor 8, and inverter switching elements 6a and 6b of the first arm. It is composed of

このように、本実施の形態１に係る電力変換装置は、昇降圧コンバータ３と三相電圧型インバータ６とで第１のアームを共有している点が、１つの特徴である。このように、本実施の形態１では、第１のアームが、コンバータの機能とインバータの機能とを有している。 Thus, the power converter according to the first embodiment is characterized in that the buck-boost converter 3 and the three-phase voltage type inverter 6 share the first arm. Thus, in the first embodiment, the first arm has a converter function and an inverter function.

昇降圧コンバータ３において、コンバータパッシブ素子３ｂは、ダイオードから構成されている。コンバータパッシブ素子３ｂのアノードは、第１のアームの負極側に接続される。さらに、コンバータパッシブ素子３ｂのアノードは、ローパスフィルタ５を介して、三相ダイオード整流器２の出力の負極側にも接続されている。コンバータパッシブ素子３ｂのカソードは、コンバータスイッチング素子３ａの一端に接続されている。コンバータスイッチング素子３ａの他端は、ローパスフィルタ５を介して三相ダイオード整流器２の出力の正極側に接続されている。コンバータスイッチング素子３ａは、例えば、ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）またはＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などの半導体パワーデバイスから構成される。また、直流リアクトル４は、コンバータパッシブ素子３ｂのカソードと第１のアームの直列接続点６１との間に接続されている。 In the buck-boost converter 3, the converter passive element 3b is formed of a diode. The anode of the converter passive element 3b is connected to the negative side of the first arm. Furthermore, the anode of the converter passive element 3 b is also connected to the negative side of the output of the three-phase diode rectifier 2 via the low-pass filter 5. The cathode of the converter passive element 3b is connected to one end of the converter switching element 3a. The other end of the converter switching element 3 a is connected to the positive side of the output of the three-phase diode rectifier 2 via the low-pass filter 5. The converter switching element 3a is composed of a semiconductor power device such as a MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) or an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). The DC reactor 4 is connected between the cathode of the converter passive element 3b and the series connection point 61 of the first arm.

本実施の形態１においては、三相ダイオード整流器２、直流リアクトル４、昇降圧コンバータ３のコンバータスイッチング素子３ａ、および、三相電圧型インバータ６のインバータスイッチング素子６ｂが、チョッパ回路部を構成している。 In the first embodiment, the three-phase diode rectifier 2, the DC reactor 4, the converter switching element 3a of the step-up / step-down converter 3, and the inverter switching element 6b of the three-phase voltage type inverter 6 constitute a chopper circuit unit. Yes.

また、図１に示すように、電力変換装置は、三相電圧型インバータ６のインバータスイッチング素子６ａ〜６ｆ、および、コンバータスイッチング素子３ａのオン／オフを制御するスイッチング制御回路１１を備えている。 Moreover, as shown in FIG. 1, the power converter device includes a switching control circuit 11 that controls on / off of the inverter switching elements 6a to 6f of the three-phase voltage type inverter 6 and the converter switching element 3a.

次に、図１および図２を用いて、この発明の実施の形態１に係る電力変換装置の動作について説明する。図２は、実施の形態１に係るチョッパ回路部を動作させた場合の動作波形図である。 Next, the operation of the power conversion apparatus according to Embodiment 1 of the present invention will be described using FIG. 1 and FIG. FIG. 2 is an operation waveform diagram when the chopper circuit unit according to the first embodiment is operated.

図１において、系統電源１の交流電力は、三相ダイオード整流器２で整流され、その整流された交流電力は、チョッパ回路部に入力される。チョッパ回路部では、昇降圧コンバータ３のコンバータスイッチング素子３ａのスイッチングと、三相電圧型インバータ６の第一のアームの下側のインバータスイッチング素子６ｂのスイッチングとによって、上記交流電力の入力電圧が昇降圧され、上記交流電力は直流電力に変換される。当該直流電力は、平滑コンデンサ８へ出力される。 In FIG. 1, AC power of the system power supply 1 is rectified by a three-phase diode rectifier 2, and the rectified AC power is input to a chopper circuit unit. In the chopper circuit section, the input voltage of the AC power is raised and lowered by switching of the converter switching element 3a of the buck-boost converter 3 and switching of the inverter switching element 6b on the lower side of the first arm of the three-phase voltage type inverter 6. The AC power is converted to DC power. The DC power is output to the smoothing capacitor 8.

平滑コンデンサ８に出力された直流電力によって、三相電圧型インバータ６が駆動される。すなわち、スイッチング制御回路１１によって、インバータスイッチング素子６ａ〜６ｆのオン／オフが制御されることで、交流電力が発生する。こうして、当該交流電力は、電動機７に出力されて、電動機７が駆動される。 The three-phase voltage type inverter 6 is driven by the DC power output to the smoothing capacitor 8. That is, the switching control circuit 11 controls on / off of the inverter switching elements 6a to 6f, thereby generating AC power. Thus, the AC power is output to the electric motor 7 and the electric motor 7 is driven.

実施の形態１の高調波抑制方法は、図２に示すように、系統電源１の各相の相電圧９に対して、相電流１０を１２０°通電電流波形とすることで実現する。 As shown in FIG. 2, the harmonic suppression method of the first embodiment is realized by making the phase current 10 into a 120 ° conduction current waveform with respect to the phase voltage 9 of each phase of the system power supply 1.

その方法としては，昇降圧コンバータ３のコンバータスイッチング素子３ａのオン／オフのスイッチングを制御することにより、直流リアクトル４に印加される電圧を制御し、直流リアクトル４に流れる電流を直流一定量に制御する。 As the method, the voltage applied to the DC reactor 4 is controlled by controlling on / off switching of the converter switching element 3a of the buck-boost converter 3, and the current flowing through the DC reactor 4 is controlled to a constant DC amount. To do.

直流リアクトル４に流れる電流が一定電流になると、高周波成分が含まれるものの、昇降圧コンバータ３への入力電流は直流成分が支配的な電流が流れる。そのため、三相ダイオード整流器２の出力側の電流は、ローパスフィルタ５を通過することで、高周波成分が除去されるので、直流リアクトル４に流れる電流と相似形の直流一定電流となる。これについて以下に詳細に説明する。 When the current flowing through the DC reactor 4 becomes a constant current, a high-frequency component is included, but the input current to the buck-boost converter 3 is a current in which the DC component is dominant. For this reason, the current on the output side of the three-phase diode rectifier 2 passes through the low-pass filter 5 so that the high-frequency component is removed, so that it becomes a DC constant current similar to the current flowing through the DC reactor 4. This will be described in detail below.

上述したように、第１のアームのインバータスイッチング素子６ａ，６ｂは、昇降圧コンバータ３と三相電圧型インバータ６とで共有されている。このように共有されているアームのインバータスイッチング素子６ａ，６ｂは、電動機７への交流電圧出力のため、正弦波比較ＰＷＭ制御により、非対称にオン・オフ動作を行う。すなわち、インバータスイッチング素子６ａがオン時には、インバータスイッチング素子６ｂがオフとなり、インバータスイッチング素子６ａがオフ時には、インバータスイッチング素子６ｂがオンとなる。この動作に伴い、インバータスイッチング素子６ｂがオン時には、直流リアクトル４に磁気エネルギーが蓄えられる。一方、スイッチング素子６ａがオン時には、その磁気エネルギーは、スイッチング素子６ａの逆並列接続のダイオードを介して、電解コンデンサ８へ供給される。この動作は、コンバータパッシブ素子３ｂに印加される平均電圧を昇圧し電解コンデンサ８へ供給する動作であり、インバータスイッチング素子６ｂの通流率に依存して昇圧比が決定する。 As described above, the inverter switching elements 6 a and 6 b of the first arm are shared by the buck-boost converter 3 and the three-phase voltage type inverter 6. The arm inverter switching elements 6a and 6b shared in this way perform an asymmetric ON / OFF operation by sinusoidal wave comparison PWM control for AC voltage output to the electric motor 7. That is, when the inverter switching element 6a is on, the inverter switching element 6b is off, and when the inverter switching element 6a is off, the inverter switching element 6b is on. With this operation, magnetic energy is stored in the DC reactor 4 when the inverter switching element 6b is turned on. On the other hand, when the switching element 6a is turned on, the magnetic energy is supplied to the electrolytic capacitor 8 via the diode connected in reverse parallel with the switching element 6a. In this operation, the average voltage applied to the converter passive element 3b is boosted and supplied to the electrolytic capacitor 8, and the boost ratio is determined depending on the conduction ratio of the inverter switching element 6b.

一方で、コンバータパッシブ素子３ｂに印加される平均電圧は、コンバータスイッチング素子３ａの通流率により決定する。そのため、コンバータスイッチング素子３ａの通流率を制御することで、コンバータパッシブ素子３ｂに印加される平均電圧は、三相ダイオード整流器２の直流出力平均電圧を降圧した値となる。 On the other hand, the average voltage applied to converter passive element 3b is determined by the conduction ratio of converter switching element 3a. Therefore, the average voltage applied to the converter passive element 3b becomes a value obtained by stepping down the DC output average voltage of the three-phase diode rectifier 2 by controlling the conduction rate of the converter switching element 3a.

以上より、コンバータスイッチング素子３ａとコンバータパッシブ素子３ｂとで構成されるアームは降圧動作を行い、インバータスイッチング素子６ａ，６ｂから構成されるアームは昇圧動作を行うため、これらの２つのアームの動作によって、入力電圧の昇降圧動作を実現する。また、それぞれのアームの動作は独立動作で、オン・オフのタイミングを同期する必要はない。 As described above, the arm composed of the converter switching element 3a and the converter passive element 3b performs a step-down operation, and the arm composed of the inverter switching elements 6a and 6b performs a step-up operation. Realizes step-up / step-down operation of input voltage. Also, the operation of each arm is an independent operation, and it is not necessary to synchronize the on / off timing.

高調波抑制は、昇降圧コンバータ３のコンバータスイッチング素子３ａのオン／オフのスイッチングを制御することにより、直流リアクトル４に印加される電圧を制御し、直流リアクトル４に流れる電流を制御することで行う。 The harmonic suppression is performed by controlling the on / off switching of the converter switching element 3a of the step-up / down converter 3, thereby controlling the voltage applied to the DC reactor 4 and controlling the current flowing through the DC reactor 4. .

すなわち、コンバータスイッチング素子３ａのオン／オフのスイッチング制御を行うと、昇降圧コンバータ３の入力電流は、直流リアクトル４に流れる電流量にスイッチング周波数等の様々な成分が乗った電流値となる。そのため、前段のローパスフィルタ５により直流成分以外の周波数成分をカットし、三相ダイオード整流器２の出力電流を一定直流電流量にできるよう、直流リアクトル４に流れる電流を制御する。 That is, when on / off switching control of the converter switching element 3 a is performed, the input current of the step-up / down converter 3 becomes a current value in which various components such as a switching frequency are added to the amount of current flowing through the DC reactor 4. Therefore, the frequency component other than the DC component is cut by the low-pass filter 5 in the previous stage, and the current flowing through the DC reactor 4 is controlled so that the output current of the three-phase diode rectifier 2 can be a constant DC current amount.

こうして、三相ダイオード整流器２の出力側の電流が直流一定電流となると、三相ダイオード整流器２は負荷が一定電流源の場合と同じ動作を行う。そのため、各相の入力電流は１２０°通電波形となる。すなわち、図２に示すように、系統電源１の各相の相電流１０は、系統電源１の各相の相電圧９が最大または最小付近の１２０°区間で導通し、導通時は母線電流（直流リアクトル４の電流）と同一の電源電流が流れる。従って、母線電流を制御することにより、系統電源１の各相の相電流１０を制御することができる。そのため、三相ダイオード整流器２のみを使用するコンデンサインプット型と比較して、高調波を低減することができる。 Thus, when the current on the output side of the three-phase diode rectifier 2 becomes a constant DC current, the three-phase diode rectifier 2 performs the same operation as when the load is a constant current source. Therefore, the input current of each phase has a 120 ° energization waveform. That is, as shown in FIG. 2, the phase current 10 of each phase of the system power supply 1 is conducted in a 120 ° section where the phase voltage 9 of each phase of the system power supply 1 is near the maximum or minimum, and the bus current ( The same power source current as that of the DC reactor 4 flows. Therefore, the phase current 10 of each phase of the system power supply 1 can be controlled by controlling the bus current. Therefore, compared with a capacitor input type that uses only the three-phase diode rectifier 2, harmonics can be reduced.

また、本実施の形態において、スイッチング周波数を高くすることで、コンバータスイッチング素子３ａの開閉により発生する電流リプルは小さくなるので、より細やかに、電流波形を制御することが可能になる。 Further, in the present embodiment, by increasing the switching frequency, the current ripple generated by opening and closing the converter switching element 3a is reduced, so that the current waveform can be controlled more finely.

なお、ここで、本実施の形態において、１２０°区間のみ導通する理由は、本実施の形態では、整流器として、ダイオードをブリッジ接続した三相ダイオード整流器２を用いているためである。ダイオードで構成された整流器を使用した場合、電源の各相は、チョッパ回路の有無にかかわらず、相電圧が最大または最小付近の１２０°区間で通電するが、それ以外の６０°区間、すなわち、ゼロクロス付近の±３０°では通電しない。一方、整流器として、ＩＧＢＴのようなスイッチング素子をブリッジ接続した整流器を用いた場合には、電源の各相の電流波形は、ほぼ正弦波に制御されるので、ゼロクロス付近でも通電することになり。１８０°区間で通電する。また、例えば、誘導モータのように、三相電源を整流せずに利用する場合においても、１８０°区間で通電する。 Here, in this embodiment, the reason for conducting only in the 120 ° section is that, in this embodiment, the three-phase diode rectifier 2 in which diodes are bridge-connected is used as the rectifier. When a rectifier composed of a diode is used, each phase of the power supply is energized in a 120 ° section near the maximum or minimum phase voltage regardless of the presence or absence of a chopper circuit, but the other 60 ° section, that is, Current is not applied at ± 30 ° near the zero cross. On the other hand, when a rectifier in which switching elements such as IGBTs are bridge-connected is used as the rectifier, the current waveform of each phase of the power supply is controlled to be almost a sine wave, so that the current flows even near the zero cross. Energize in the 180 ° section. Also, for example, even when a three-phase power source is used without being rectified, such as an induction motor, power is supplied in a 180 ° section.

上述したように、高調波抑制を目的とした場合に、従来の電力変換装置においては、一般的に、三相分の交流リアクトルが使用されているが、本実施の形態１においては、三相分の交流リアクトルを設ける代わりに、１つの直流リアクトル４のみを使用すればよいため、電力変換装置の小型化が図れる。 As described above, in the case of aiming at harmonic suppression, in a conventional power converter, generally, an AC reactor for three phases is used, but in the present embodiment 1, three phases are used. Since only one DC reactor 4 has to be used instead of providing a minute AC reactor, the power converter can be downsized.

また、本実施の形態１においては、チョッパ回路部に、昇降圧コンバータ３を使用している。昇降圧コンバータ３は、一般的な反転型の昇降圧チョッパと比較して、コンバータスイッチング素子３ａ及びコンバータパッシブ素子３ｂに印加される電圧が低いため、低耐圧デバイスが使用できる。よって、本実施の形態１で示した電力変換装置を用いて、例えばエレベータ駆動用制御盤を設計するにあたり、実装面での小型化が期待できる。 In the first embodiment, the buck-boost converter 3 is used in the chopper circuit unit. Since the voltage applied to the converter switching element 3a and the converter passive element 3b is lower than that of a general inversion type step-up / step-down chopper, the step-up / step-down converter 3 can use a low withstand voltage device. Therefore, for example, when designing an elevator drive control panel using the power conversion device shown in the first embodiment, downsizing on the mounting surface can be expected.

また、昇降圧コンバータ３により、昇降圧動作可能なため、電動機７の定格電圧に合わせて、三相電圧型インバータ６の出力をＰＡＭ制御でき、三相電圧型インバータ６の出力制御の自由度が上がる。 Further, since the step-up / step-down converter 3 can perform a step-up / step-down operation, the output of the three-phase voltage type inverter 6 can be PAM controlled in accordance with the rated voltage of the electric motor 7, and the degree of freedom of the output control of the three-phase voltage type inverter 6 is increased Go up.

また、実施の形態１において、更なる高調波抑制機能を付加させるために、電源系統側にＬＰＦを追加接続してもよい。 In the first embodiment, an LPF may be additionally connected to the power supply system side in order to add a further harmonic suppression function.

実施の形態１に係る電力変換装置は、例えば、エレベータの駆動装置、エスカレータ等の乗客コンベアの駆動装置、空気調和機、産業用工作機器などの、種々の分野の装置に適用可能である。 The power conversion device according to Embodiment 1 can be applied to devices in various fields such as an elevator drive device, a passenger conveyor drive device such as an escalator, an air conditioner, and an industrial machine tool.

以上のように、本実施の形態１に係る電力変換装置は、複数の整流ダイオード２ａ〜２ｆ（第１のダイオード）から構成され、入力される交流電力を整流する三相ダイオード整流器２と、三相ダイオード整流器２で整流された交流電力を直流電力に変換する昇降圧コンバータ３と、それぞれ２つずつ直列接続されたインバータスイッチング素子６ａ〜６ｆ（第１の半導体スイッチング素子）から構成された第１〜第３のアームを有し、昇降圧コンバータ３から入力される直流電力を用いて、各アームのインバータスイッチング素子の直列接続点６１〜６３から駆動対象機器の電動機７に駆動電流を供給する三相電圧型インバータ６とを備えている。また、昇降圧コンバータ３は、三相ダイオード整流器２の出力の正極側に一端が接続されたコンバータスイッチング素子３ａ（第２の半導体スイッチング素子）と、アノードが三相電圧型インバータ６の各アームの負極側と三相ダイオード整流器２の出力の負極側とに接続され、カソードがコンバータスイッチング素子３ａの他端に接続されたコンバータパッシブ素子３ｂ（第２のダイオード）と、三相電圧型インバータ６の第１のアームと、第１のアームの直列接続点６１とコンバータパッシブ素子３ｂのカソードとの間に接続された直流リアクトル４とから構成されている。 As described above, the power conversion device according to the first embodiment includes a plurality of rectifier diodes 2a to 2f (first diodes), a three-phase diode rectifier 2 that rectifies input AC power, and three A first step-up / down converter 3 that converts AC power rectified by the phase diode rectifier 2 into DC power, and two inverter switching elements 6a to 6f (first semiconductor switching elements) connected in series. The third arm has a third arm and uses the DC power input from the step-up / down converter 3 to supply drive current to the motor 7 of the drive target device from the series connection points 61 to 63 of the inverter switching elements of each arm. And a phase voltage type inverter 6. The buck-boost converter 3 includes a converter switching element 3a (second semiconductor switching element) having one end connected to the positive electrode side of the output of the three-phase diode rectifier 2, and an anode connected to each arm of the three-phase voltage type inverter 6. A converter passive element 3b (second diode) connected to the negative electrode side and the negative electrode side of the output of the three-phase diode rectifier 2 and having a cathode connected to the other end of the converter switching element 3a; It is comprised from the 1st arm and the DC reactor 4 connected between the serial connection point 61 of the 1st arm, and the cathode of the converter passive element 3b.

このように、三相電圧型インバータ６の第１のアームは、三相電圧型インバータ６と昇降圧コンバータ３とで共有されている。その分だけ、部品点数が少なくなり、電力変換装置の基板を小さくすることができ、電力変換装置全体の小型化が図れる。 Thus, the first arm of the three-phase voltage type inverter 6 is shared by the three-phase voltage type inverter 6 and the buck-boost converter 3. Accordingly, the number of components is reduced, the board of the power conversion device can be reduced, and the entire power conversion device can be reduced in size.

また、本実施の形態１においては、三相ダイオード整流器２、直流リアクトル４、昇降圧コンバータ３のコンバータスイッチング素子３ａ、および、三相電圧型インバータ６のインバータスイッチング素子６ｂで、ＰＦＣ昇高圧チョッパ回路部を構成するようにしたので、簡易な構成で、電力系統側への高調波対策を行うことが可能である。 In the first embodiment, the three-phase diode rectifier 2, the DC reactor 4, the converter switching element 3 a of the step-up / down converter 3, and the inverter switching element 6 b of the three-phase voltage type inverter 6, a PFC step-up / step-up chopper circuit Since the unit is configured, it is possible to take measures against harmonics on the power system side with a simple configuration.

また、本実施の形態１においては、従来使用されていた三相分の３つの交流リアクトルを、１つの直流リアクトル４に置き換えられるため、電力変換装置の基板を小さくすることができ、電力変換装置全体の小型化が図れる。 Moreover, in this Embodiment 1, since the three alternating current reactors for three phases used conventionally can be replaced by one direct current reactor 4, the board | substrate of a power converter device can be made small, and a power converter device The overall size can be reduced.

また、本実施の形態１においては、コンバータとして、昇降圧機能を有した昇降圧コンバータ３を用いるようにしたため、コンバータにおいて昇降圧できるため、従来においては系統電圧によって必要であった変圧用トランスが不要となり、さらなる小型が図れる。 In the first embodiment, since the step-up / step-down converter 3 having the step-up / step-down function is used as the converter, the converter can perform step-up / step-down operation. It becomes unnecessary and can be further reduced in size.

さらに、本実施の形態１においては、昇降圧コンバータ３を使用するようにしたので、昇降圧コンバータは、一般的な反転型の昇降圧チョッパと比較して、コンバータスイッチング素子３ａ及びコンバータパッシブ素子３ｂに印加される電圧が低いため、低耐圧デバイスが使用できるので、コスト削減が図れる。 Furthermore, since the buck-boost converter 3 is used in the first embodiment, the buck-boost converter has a converter switching element 3a and a converter passive element 3b as compared with a general inverting buck-boost chopper. Since the voltage applied to is low, a low withstand voltage device can be used, so that the cost can be reduced.

また、本実施の形態１において、三相電圧型インバータ６の第１〜第３のアームを、１つの半導体スイッチモジュールとして構成するようにしてもよい。その場合には、電力変換装置のさらなる小型化が図れる。 In the first embodiment, the first to third arms of the three-phase voltage type inverter 6 may be configured as one semiconductor switch module. In that case, the power converter can be further reduced in size.

本実施の形態１に係る電力変換装置は、以上のように小型化が図れるので、エレベータ等の種々のシステムに実装した場合、実装のスペースに自由度を持てることができる。 Since the power conversion device according to the first embodiment can be miniaturized as described above, when mounted on various systems such as an elevator, the mounting space can have a degree of freedom.

Claims

A diode rectifier configured of a first diode and rectifying input AC power;
A converter that converts the AC power rectified by the diode rectifier into DC power;
The first semiconductor of each arm has one or more arms composed of first semiconductor switching elements connected in series, and the DC power input from the converter is used to drive a target device. An inverter that supplies drive current from a series connection point of switching elements;
With
The converter is
A second semiconductor switching element having one end connected to the positive electrode side of the output of the diode rectifier;
A second diode having an anode connected to a negative side of each arm of the inverter and a negative side of an output of the diode rectifier, and a cathode connected to the other end of the second semiconductor switching element;
One of the one or more arms of the inverter;
A DC reactor connected between the series connection point of the first semiconductor switching elements of the one arm and the cathode of the second diode;
The one arm of the inverter is shared by the inverter and the converter.
Power conversion device.

A switching control circuit for controlling on / off operations of the first semiconductor switching element and the second semiconductor switching element;
The switching control circuit controls the voltage applied to the DC reactor by switching control of the second semiconductor switching element, and controls the current flowing through the DC reactor to a constant DC amount.
The power conversion device according to claim 1.

The one or more arms are composed of a single semiconductor switch module.
The power converter according to claim 1 or 2.

The converter is composed of a step-up / step-down converter that step-up / step-down the AC voltage rectified by the diode rectifier.
The power converter according to any one of claims 1 to 3.